濒危植物沙冬青根瘤菌的遗传多样性及橙单胞菌科中一个根瘤菌新成员的研究

沙冬青系豆科植物，是我国保护的第一批珍稀濒危物种，为古第三纪孑遗种，被称为干旱地区豆科植物的活化石。前期我们对宁夏中卫、盐池的沙冬青根瘤菌进行了多样性研究，发现除根瘤菌属、中慢生根瘤菌属外，菌株TLGR15-5属于橙单胞菌科（Aurantimonadaceae）并具有nod基因。本项目在此基础上将对我国主要分布区的沙冬青根瘤菌采用16S rRNA基因及部分持家基因（recA、dnaK和atpD等）和共生固氮基因的序列分析方法，揭示中国濒危植物沙冬青根瘤菌的遗传多样性及分类地位。在此基础上阐明属于橙单胞菌科根瘤菌的地理分布特点，重点分析其持家基因和共生固氮基因与传统根瘤菌的系统发育关系。该研究对根瘤菌系统分类学研究的发展和非传统根瘤菌的认识具有重要科学意义。

在我国沙冬青普遍分布的新疆乌恰县、内蒙阿拉善左旗、宁夏中卫市，以及甘肃省张掖市、民勤县，选取10个样地采集根瘤组织及土样。经菌株分离、纯化、回接实验共372株根瘤内生细菌纳入分析。PCR-RFLP分析372株菌16S rRNA基因，共产生34种RFLP酶切基因型，全序列测序各基因型代表菌株16S rRNA基因，经序列相似度及贝叶斯系统发育分析，34个代表株分别归属于三大菌门Firmicutes、Proteobacteria及Actinobacteria，囊括19属34种，表现出较高的多样性水平。两个共生固氮菌属Sinorhizobium及Rhizobium菌株丰度占总丰度51.34%，其相对较高的菌群优势度反应沙冬青与固氮菌共生关系紧密。基于物种成分及亲缘关系，发现34个种在9个被纳入分析的样地间存在较复杂的群落结构：1）34个物种在9个样地分布呈现一定格局，无论基于物种成分或物种亲缘关系，9个样地群落均分布于三大生态区系，新疆、甘肃各构成生态区I与生态区II，内蒙、宁夏5个样地构成生态区III，且不同生态区均形成各自独特的群落组成，我们人为干预程度可能是出现此类结构的重要原因之一；2）9个样地群落物种成分差异和物种系统进化差异均与地理距离呈高度正相关，反映距离隔离效应与样地群落间物种组成及亲缘性关系密切，并且距离衰减效应也对生态区内各样地群落间物种结构变化起一定作用。选取两种持家基因recA和atpD，串联两个基因并构建160株优势种recA-atpD贝叶斯系统发育树，通过分析9个采样地5种土壤理化性质、地理空间效应及11种气候因素对菌株间功能基因进化距离的影响，在进化角度判断菌群在地理及环境差异下所表现的分布结构。经CAP分析发现，所有环境因子均在不同程度显著影响菌群分布，土壤效应影响程度最高，其次气候因素以及空间效应。土壤因素产生的影响除因地理距离造成的差异外，其余大部分来源于人为干扰，气候因素的影响主要因地理距离不同所产生的差异性气候所致，同时菌群分布的主要决定因素来源于土壤环境差异。此外，环境差异对菌群分布的影响与物种系统发育关系联系紧密，此现象反应菌群在进化途中已逐渐形成适合当地环境的生物功能性状。CCA分析表明空间效应、土壤氮含量以及部分气候因素对菌群分布起主要作用，生态区III主要受此三种因素影响，生态区I和生态区II主要受土壤钾和土壤磷含量的影响。